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私人定制拥抱风电竞价时代,海上风电机位排布

2019-11-05 15:35

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无论是低风速风电、分散式风电还是海上风电,为用户提供个性化、定制化的风机是提高发电量的关键。不同的风况、不同的地形、不同的气候条件甚至不同的机位点,对定制化风机的需求愈加迫切。

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在海上风电场建设过程中,机位排布是实实在在影响项目全生命周期收益的重要一环。合理的机位排布可以充分利用风力资源以获得最大发电量,进而获取最大经济效益。

“我国分布式风电主要集中在中南部的低风速区域,因每个地方风速不同,在机组设计时要将整个机组的单机容量、叶片直径、塔筒高度三个不同维度做差异化设计,最终根据实际风电场的特点,选择有梯度的最优解决方案。”明阳智慧能源集团股份公司(简称“明阳智能”)执行总裁兼首席技术官张启应接受中国电力报记者采访时表示。

国电投江苏滨海三期风场采用42台远景EN-121/2.2智能风机,2017年11月进入运维期,2018年实际发电小时数为2900小时,位列江苏省陆上风场发电量第一,超出全省平均发电小时数30.1%。高电量背后,是这个项目从风机到风场的综合智能化应用,代表着风电发展的方向。

然而,主流的基于经验公式的传统手动排布方法不仅费时费力,更致命的是不能精准描述尾流场分布以及全生命周期风向变化这两大影响发电量的关键要素,导致100-200小时左右的年等效满发小时数偏差值,给客户造成重大损失。

近年来,我国陆上风电机组单机容量从1.5兆瓦发展到4兆瓦,单机容量5兆瓦及以上海上风电机组批量化运行并成为主流,在“竞价时代”中,效率的不断提升和成本的不断下降成为应对平价上网的不二法门。未来,根据每个机位点的不同环境定制个性化的风机是大势所趋。

风机、风场智能化是风电最本质的方向。远景智能风机的智能化运行是由设计层面的智能基因决定的。基于远景EnOSTM平台上的AIoT技术,远景能源将更多的事实数据用于风机产品设计,并通过数字模型为风机植入智能化元素,增强其对实际风况环境的感知力和已知性,发挥更优的发电性能和更高的可靠性。这也是远景智能风机发电量高于传统风机10%的技术逻辑。

为攻克上述难题,明阳智能开发了海上机位智能优化模块,以全生命周期机位优化策略为指导,破解造成发电量损失的难题。基于多重变量嵌套迭代遍历寻优方式、先进的尾流计算模型,该模块已实现在1-2个小时内对上万种机位排布方案快速寻优,精准锁定最优机位排布坐标,带来全生命周期发电量提升。以某30万千瓦海上项目为例,明阳智能海上机位智能优化模块在原始方案基础上将发电量提升了2.1%。按海上0.85元/度电价计算,在25年全生命周期内,整个风场可为客户增加收益3.94亿元。

风电“4.0”时代的定制思维

先进的智能算法是远景智能风机的显著特点。比如智能补偿算法解决了大风轮不平衡载荷带来的安全挑战,保障风机运行安全;基于极值搜索算法的变桨自适应控制优化可提高风机发电量0.5%至3%。

海量方案寻优,锁定最佳机位排布

继维斯塔斯、GE等国际风电巨头相继发布4兆瓦陆上风电机组后,我国风电整机商如明阳智能、东方风电等也在去年陆续发布单机容量为4兆瓦的陆上风电机组,我国陆上风电正式进入“4.0”时代。

具体到滨海三期项目,场区平均剪切高达0.29。如此高的剪切使得风轮面上下风速差异很大,其不平衡载荷对风机的控制和安全性提出了极高的挑战。远景智能风机通过变桨自适应、偏航自学习等控制算法,在保证风机运行安全的基础上实现最优发电量。

明阳智能海上机位智能优化模块自动排布结果显示,不同机位排布方案导致的发电效率偏差值最高可达8%左右,如何精准锁定发电效率最高的排布点呢?

在2018年的北京风能展上,明阳智能正式推出了MySE4.0平台,迎接风电“4.0”时代的到来。实际上,风电“4.0”时代并非单纯指4兆瓦的风机,它更多的体现在为风电开发者提供个性化、定制化、智能化的解决方案。

AIoT带来的数据“透明化”,为风机智能化运行提供了生态系统,彰显从风机到风场的产品化进阶特性。历经几年的智能化、数字化发展,远景智能风机接入AIoT后,通过EnOSTM操作系统实现了风场智能化管理,比如通过运行数据训练机位气象预报,更准确地预测风速与有功出力,不仅提升了风机的发电收益,也降低了因为风机维护带来的电量损失。

在传统的排布机位方法中,工程师凭借技术经验在少量机位排布方案中模糊化优选,而机位排布是一个复杂的系统工程,“经验”往往存在偏差,进而导致发电量的损失。

“个性化是风电‘4.0’时代最大特征,满足不同区域、不同环境的特定需求,针对不同风况特点进行定制化、个性化的设计,是风电‘4.0’时代的核心意义。”张启应表示,风机的大型化趋势在全球已经非常明显,全球风机加速向大兆瓦迭代,我们推出的MySE4.0平台顺应了大兆瓦的发展趋势,紧凑型半直驱的优良基因契合风电技术的发展趋势,让风电机组在走向大型化时,可以集轻量化、高效率、高可靠性等优点于一身。

2018年8月1日滨海三期风场99号风机报出故障后停机。当时正是高风速时段,立即检修会损失较多电量。在查看孔明预测系统后,运维工程师发现8月9日这天的风速较低、更适合运维作业。因此,在检查确认风机各参数均正常后,运维工程师恢复了风机正常运行,并在9日完成了检修。此举为业主避免发电量损失32702kWh,相当于增加近2万元电费收入。

明阳智能海上机位智能优化模块可以实现在1-2小时内快速完成上万种排布方案的迭代寻优计算,并对所有排布方案进行清晰的量化处理,快速为客户锁定发电量最大的机位排布坐标。

一方面是风电开发外部环境的变化以及降本压力下对效益的追求,另一方面是林地、生态红线等各种限制导致陆上土地非常宝贵,发展大容量风机可以大大减少所需设备和机位点的数量,不仅降低征地的难度,也削减了设备、运输、施工和集电线路的成本,有效提高项目开发的整体经济性。

数据显示,2018年,滨海三期风场平均时间可利用率为99.62%,全场能量可利用率为98.5%,平均故障间隔时间为10220h,相当于平均每台风机426天触发一次故障。由于风机故障、检修、维护、升级等原因导致的停机损失电量只占理论应发电量的0.15%,比行业平均水平少损失5个百分点的电量,相当于当年帮助业主多赚取800万元电费收入。

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